鐵道車輛構(gòu)件壽命的展望范文

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根據(jù)試驗結(jié)果，可繪制在應(yīng)力循環(huán)特性不變的循環(huán)過程中反映上述參數(shù)變化的試驗曲線。根據(jù)更好的符合試驗曲線的條件來選取合適的近似函數(shù)，其形式在多循環(huán)疲勞方面與循環(huán)應(yīng)力值無關(guān)。其次，這個描述整個動力曲線族的函數(shù)可用來進行非固定加載時的壽命計算。在力的立題中，材料的循環(huán)狀態(tài)用抗拉強度的實時值SB(σM，n)確定。隨意選擇解析函數(shù)來描述試驗曲線SB(σM，n)，有可能導致零件壽命預(yù)測的非單值性。建議在設(shè)計評價計算中盡可能使用簡單函數(shù)，例如冪函數(shù):在多循環(huán)疲勞方面，為不同固定應(yīng)力值σM(圖2中的曲線1、曲線2)建成的動力學曲線SB(σM，n)，屬于由函數(shù)(1)所描述的一個曲線族。它們在點A和點Б經(jīng)過疲勞曲線3。具有相同強度值SB的材料的兩種狀態(tài)如Д和C在循環(huán)上是相當?shù)摹：髢蓚€表達式在下列情況下重合:第一，當兩級應(yīng)力差趨于0時，但這將會是固定加載;第二，在m→∞的情況下，當材料性能直到破壞也沒有發(fā)生變化時。顯然是材料弱化模型算題在Palmgren-Miner意義上將始終是非線性的。其中也包括在m=1的情況下，當動力學曲線變成直線時。第一個公式中的附加因數(shù)反映出，在實驗力學中早為人們熟知的不同數(shù)值應(yīng)力相互作用的影響。除此之外，它還排除了應(yīng)力循環(huán)任何重新組合的可能性。因此，從計算中排除了兩個不充分的理論假定:損壞的線性疊加準則和應(yīng)力循環(huán)總譜中損壞作用獨立性假定。

在實際計算中，通常使用以基本原理為依據(jù)的簡化算法。評估零件疲勞壽命的工程方法須滿足以下計算要求:(1)具有概念的清晰性和確定損壞標準、疲勞破壞標準、損壞疊加準則、疲勞裂紋出現(xiàn)和穩(wěn)定發(fā)展時計算循環(huán)數(shù)的進程的統(tǒng)一性;(2)依靠積累的試驗數(shù)據(jù)或那些可在工廠實驗室和參考文獻積累范圍內(nèi)得到的數(shù)據(jù);(3)避免采用未經(jīng)檢驗的假定，允許在任何計算階段直接進行試驗檢驗;(4)具有清晰的算法或向用戶提供帶有詳細說明的程序資料;(5)在確定的立題中，或者在隨機原始值分布的分位點有數(shù)據(jù)的情況下半概率立題中進行計算;(6)給出具有可接受的準確度的壽命預(yù)測，并含有計算方法使用范圍和獲得結(jié)果的說明。建議的材料模型既包括新的關(guān)系式(式(1)～式(3))，也包括已知的關(guān)系式:在總結(jié)平面循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下疲勞試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，所獲得的相似判據(jù)是足夠多的。換算應(yīng)力的具體形式σП=σia/(1－σim/σB)對于工程計算是很方便的，因為應(yīng)力幅值σia和平均循環(huán)應(yīng)力σim是在標準的計算綜合體中算得的。此外，計算中不需要引用非對稱循環(huán)系數(shù)。不排除第一主應(yīng)力作為當量應(yīng)力利用的可能性，因為材料在疲勞破壞前不可避免地要發(fā)生脆化。薄壁管疲勞試驗也表明，第二主應(yīng)力不影響壽命，如果它比第一主應(yīng)力小80%。相似的應(yīng)力狀態(tài)也能實現(xiàn)，例如，罐車的罐體中材料循環(huán)弱化的計算得出，與在損壞線性疊加基礎(chǔ)上進行的預(yù)測相比，計算壽命大大降低了。

對可把提供的材料模型和COSMOSWorks模型中應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)計算統(tǒng)一起來的方法，建議采用18-100型轉(zhuǎn)向架鑄件在試驗臺試驗條件下進行檢驗。搖枕的計算是按下列程序進行的:(1)根據(jù)搖枕設(shè)計圖樣研制SolidWorks空間模擬系統(tǒng)固體模型;(2)在與SolidWorks系統(tǒng)整合在一起的COS-MOSWorks有限元分析模數(shù)中，建立搖枕的有限元模型，并使模型所有有限元具有相同的特性;(3)根據(jù)給出的固定循環(huán)的最大載荷Pmax=784kN，計算COSMOSWorks模型中搖枕的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)(圖3)和內(nèi)部加強筋的危險點;(4)確定每一個有限元的計算疲勞極限和最大加載數(shù)N(σmax);(5)根據(jù)疲勞曲線找出所有有限元中破壞前的循環(huán)數(shù);(6)在循環(huán)數(shù)N(σmax)的情況下，在用VBA語言專門編制的程序中假定循環(huán)停止，最大負載單元按照疲勞強度判據(jù)(2)失效(消失);(7)進行一個帶斷開單元薄板的新的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)計算，并檢驗其余單元的靜強度條件;(8)那些沒有實現(xiàn)這個條件的單元也失效，找出新的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，重新檢驗了靜強度條件等;(9)在完成所有未失效單元中靜強度條件的情況下完成迭代過程，采用該條件作為在N(σmax)次循環(huán)后有部分破壞單元新的平衡狀態(tài)存在的條件;(10)搖枕以新的應(yīng)力值繼續(xù)循環(huán)加載到任何一個單元，直到未重新實現(xiàn)疲勞強度條件(2)為止;(11)循環(huán)重新停止，單元失效并開始新的計算應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)的迭代過程;(12)找出新的平衡狀態(tài)，而任一計算階段不能平衡都被看作是整個搖枕破壞。假定的循環(huán)停止的根據(jù)是，循環(huán)弱化和彈性體應(yīng)力再分配過程的實際時間的不可比性。認為后一個過程是瞬時的，且因為作用的局部性而不考慮動力作用。根據(jù)用本文建議的工程方法進行計算的結(jié)果，搖枕疲勞裂紋出現(xiàn)前和破壞前的循環(huán)數(shù)分別為NTP=1755100和Npaзp=2065100。

搖枕內(nèi)部加強筋疲勞裂紋萌生處示于圖4。為了進行比較，在邊界條件不變的情況下，利用疲勞損壞線性疊加準則，完成了同樣結(jié)構(gòu)搖枕的壽命計算。疲勞裂紋出現(xiàn)前的循環(huán)數(shù)未發(fā)生變化，搖枕破壞前的循環(huán)數(shù)達到了數(shù)千萬次。對26個搖枕進行的試驗臺疲勞試驗認定，受試零件疲勞裂紋出現(xiàn)前的循環(huán)數(shù)以及在它們破壞前的循環(huán)數(shù)都屬于正態(tài)分布律。疲勞裂紋出現(xiàn)前循環(huán)數(shù)的算術(shù)平均值為173萬次，而搖枕破壞前的循環(huán)平均值為233萬次。搖枕下弦桿出砂孔處的內(nèi)部加強筋，然后是在鑄件側(cè)壁的破壞循環(huán)數(shù)為88.5%。裂紋出現(xiàn)前的循環(huán)數(shù)、裂紋的萌生處和裂紋的發(fā)展方向都與試驗觀測到的相一致。根據(jù)疲勞裂紋擴展的循環(huán)數(shù)，計算與試驗之間存在11.5%的偏差，這是工程計算不能接受的。為了改進壽命預(yù)測，應(yīng)考慮到零件表層性能的異常和循環(huán)載2012年6月6日，StadlerRail公司推出其“迄今為止最大型、動力最強的齒軌機車”。

巴西MRSLogística公司于2010年訂購了7臺定制設(shè)計的DC3kV電力機車，用來在連接圣保羅和桑多斯港口的10km長齒軌線上牽引運輸鐵礦石的重載列車。表1為MRSLogística型齒軌機車的技術(shù)參數(shù)。該齒軌機車裝有2臺二軸轉(zhuǎn)向架，每臺轉(zhuǎn)向架帶有2個齒輪傳動系統(tǒng)，與三鋼板式Abt齒軌嚙合。2臺獨立式粘著牽引電機可提供25%的動力。Stadler公司稱，這款齒軌機車的動力是該線路上現(xiàn)役日立公司機車的2倍。在齒軌線路上，原本每列車的最大載重量為500t，但采用了Stadler新款齒軌機車后，每列車的載重量可增至800多t。同時，再生制動的運用可為DC3kV供電制式線路節(jié)省大量能源。該齒軌機車計劃將在2012年年末交付使用。

作者：В．И．МИРОНОВ